柴油機燃燒室的形狀特點

李艷惠　常安江　王冬梅

摘 要：燃燒室幾何形狀對燃氣流動有相當大的影響，從而影響燃燒室的燃燒性能，進而影響了柴油機的動力性、經濟性和排放質量。對柴油機燃燒室幾種常見的結構形狀進行了綜述。

關鍵詞：柴油機;燃燒室;形狀特點

中圖分類號：U464.172文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.10.054

燃油要在極短時間內與空氣完成良好的混合和燃燒，需要燃燒室結構形狀、燃油噴注方向、油束數量、噴霧質量以及空氣運動等方面的配合。雖然燃料的霧化狀況，對可燃混合氣的充分混合有極大影響，但燃燒室的形狀也會影響氣流的運動，能進一步促進燃料迅速均勻地與空氣混合，使燃燒過程更加完善，提高柴油機的熱效率，降低排放污染。

1 ω形燃燒室

ω形燃燒室，它的空氣利用率較開式燃燒室提高了不少，主要是由于凹坑中心的凸起修正了中心區域氣流運動很弱的缺陷，并且使進來的燃油在燃燒室中形成了渦流，空氣運動以進氣渦流為主，擠壓渦流為輔，使燃燒室更容易形成均勻的混合氣，故起動性能比較好，然而由于它對噴油器的要求比較高，噴孔比較容易堵塞，導致工作粗暴，排氣污染比較嚴重。這種燃燒室廣泛應用在中小型高速柴油機上。

在柴油機技術發展過程中，為提高ω形燃燒室的柴油機性能，逐步采取了以下幾種措施：（1）采用螺旋進氣道，使進氣氣流在燃燒室內產生規則的旋轉運動，提高可燃混合氣的形成速度和質量，加快燃燒速度，使柴油機的動力性、燃料使用經濟性、加速性等得到改善，最高轉速也相應提高。例如，未采用螺旋進氣道的柴油機，其最高轉速為1500～1800 r/min，采用螺旋進氣道的柴油機轉速可提高到3000 r/min。（2）吸取球形燃燒室油膜蒸發燃燒，使柴油機工作柔和、燃燒完全的優點，將燃燒室由淺ω形向中ω形、深ω形改變，并使一部分柴油噴射到燃燒室壁面上形成油膜，在氣流運動配合下形成可燃混合氣并燃燒。（3）為減輕柴油機工作粗暴程度，適當降低壓縮比，一般調整為16～18為宜。

2 球形燃燒室

在柴油機技術發展中，為保持直噴式燃燒室柴油機動力性、燃料使用經濟性好的優點，減輕它的工作粗暴程度，克服分隔形燃燒室柴油機燃料使用經濟性差的缺點，德國工程師發明了油膜燃燒理論指導下的球形燃燒室。燃燒室是位于活塞頭部、略偏離其中心線的大半個球形凹坑內。直徑為0.3～0.7mm的單孔或雙孔長型噴油器傾斜安裝在汽缸蓋上。

球形燃燒室的顯著特點是利用油膜蒸發及氣流運動形成可燃混合氣。為了在燃燒室內組織好氣流運動，采用了螺旋進氣道，合理選擇氣門位置，使進氣氣流在燃燒室內有規則地渦流運動。它一直延續到壓縮行程終了，甚至燃燒過程中。

3 U型燃燒室

為了克服球形燃燒室不易啟動，低速性能不佳的缺點，研究人員設計出U形燃燒室。這是介于球形（油膜燃燒）和ω型（基本屬于空間燃燒）之間的一種燃燒室。這種燃燒室活塞頂的凹腔制成U形，安裝單孔軸針式噴油器，噴油方向與氣流運動方向基本垂直，僅有7°～10°的順氣流方向的偏角。當發動機轉速高時，進氣渦流強，被氣流攤布在燃燒室壁上的燃油就多，此時，具有球形燃燒室的油膜蒸發混合的特點;而在低速或啟動時，進氣渦流弱，在燃燒室空間分布的燃油就多（氣流攤布在室壁上的油少），具有ω型空間混合的特點，改善了冷機啟動性能。這種燃燒室還能適應多種燃料（如柴油、煤油、汽油等均能平穩運轉），對燃油系要求低。國產X105系列柴油機就是采用U型復合式燃燒室。

4 渦流室式燃燒室

出于減輕直噴式燃燒室柴油機振動、噪聲大的目的，科學家又發明了渦流室式燃燒室，它也是由兩部分組成：一部分位于活塞與汽缸之間，為主燃燒室;另一部分位于氣缸蓋內，為渦流室，其形狀為球形或近似球形，容積約為燃燒室容積的50%～80%。軸針式噴油器傾斜安裝在渦流室上方的一側。渦流室與主燃燒室之間用1～2個傾斜通道相連，通道與渦流室相切。為便于渦流室制造并保持較高的溫度，渦流室的下半部分用耐熱鋼制成后壓配在汽缸蓋上。

在壓縮行程中，由于渦流室形狀、傾斜通道的配合，進入渦流室的空氣形成強烈的旋轉運動（通常稱為壓縮渦流）。當活塞接近上止點時，噴油器順著氣流旋轉方向將柴油噴入渦流室，并與其內的空氣混合。由于渦流室內溫度較高，使柴油迅速著火燃燒，隨著渦流室內氣體壓力升高，并超過主燃燒室。于是燃燒的與尚未燃燒的可燃混合氣一起沖入主燃燒室。由于通道的傾斜及活塞頂面雙渦流凹坑的配合，進入主燃燒室的氣體再次形成旋轉運動（俗稱二次渦流），與主燃燒室內空氣混合，使可燃混合氣成分更為合適，質量進一步提高，促進燃燒完全。

由于傾斜通道的截面積較大，既便于先兩次的氣流運動形成，又可減少節流損失。針對渦流室式燃燒室的柴油不是直接噴入主燃燒室而造成柴油機啟動困難，沿噴油器軸線方向，渦流室底部有一漏斗形啟動孔。柴油機啟動時渦流室內氣流運動強度很弱，油束集中，部分柴油便從起動孔直接進入主燃燒室著火燃燒。柴油機啟動后渦流室內的氣流運動強度增大，啟動孔便失去作用。

有些學者將啟動孔的作用解釋為，經過啟動孔的逆氣流將油束吹向溫度較高的渦流室中心區域，改善了渦流室內的可燃混合氣的形成及燃燒條件，便于柴油機啟動。經高速攝影，證實了上述認識，而且后者的作用較大，前者次之。

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